DE10340544B4 - Device for visual support of electrophysiology catheter application in the heart - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur visuellen Unterstützung einer elektrophysiologischen Katheteranwendung im Herzen, mit der während der Durchführung der Katheteranwendung bereitgestellte elektroanatomische 3D-Mapping-Daten eines zu behandelnden Bereiches des Herzens visualisiert werden.The The present invention relates to an apparatus for visually assisting a person electrophysiological catheter application in the heart with which during the execution The catheter application provides 3D electro-anatomical mapping data of a region of the heart to be treated.
Die Behandlung von Herzrhythmus-Störungen hat sich seit der Einführung der Technik der Katheterablation mittels Hochfrequenzstrom wesentlich gewandelt. Bei dieser Technik wird unter Röntgenkontrolle ein Ablations-Katheter über Venen oder Arterien in eine der Herzkammern eingeführt und durch Hochfrequenzstrom das die Herzrhythmus-Störungen hervorrufende Gewebe verödet. Voraussetzung für eine erfolgreiche Durchführung einer Katheterablation ist die genaue Ortung der Ursache der Herzrhythmus-Störung in der Herzkammer. Diese Ortung erfolgt über eine elektrophysiologische Untersuchung, bei der elektrische Potentiale mit einem in die Herzkammer eingeführten Mapping-Katheter ortsaufgelöst erfasst werden. Aus dieser elektrophysiologischen Untersuchung, dem so genannten elektroanatomischen Mapping, werden somit 3D-Mapping-Daten erhalten, die an einem Monitor visualisiert werden können. Die Mapping-Funktion und die Ablations-Funktion sind dabei in vielen Fällen in einem Katheter vereint, so dass der Mapping-Katheter gleichzeitig auch ein Ablations-Katheter ist.The Treatment of cardiac arrhythmias has been since the introduction The technique of catheter ablation by means of high-frequency current significantly changed. This technique is under X-ray inspection an ablation catheter over Veins or arteries are introduced into one of the ventricles and high frequency current causes the cardiac arrhythmia causing tissue deserted. requirement for a successful implementation catheter ablation is the accurate location of the cause of the cardiac arrhythmia in the ventricle. This location is via an electrophysiological Investigation, at the electrical potentials with one in the ventricle introduced Mapping catheter spatially resolved be recorded. From this electrophysiological examination, The so-called electro-anatomical mapping, thus 3D mapping data received, which can be visualized on a monitor. The Mapping function and the ablation function are in many make united in a catheter, so that the mapping catheter simultaneously also an ablation catheter is.
Ein bekanntes elektroanatomisches 3D-Mapping-Verfahren, wie es mit dem Carto-System der Fa. Biosense Webster Inc., USA, durchführbar ist, basiert auf elektromagnetischen Prinzipien. Unter dem Untersuchungstisch werden drei verschiedene magnetische Wechselfelder geringer Intensität aufgebaut. Mittels integrierter elektromagnetischer Sensoren an der Katheterspitze des Mapping-Katheters ist es möglich, die durch Kathe terbewegungen induzierten Spannungsänderungen innerhalb des Magnetfeldes zu messen und mit Hilfe mathematischer Algorithmen zu jedem Zeitpunkt die Position des Mapping-Katheters zu errechnen. Durch punktweises Abtasten der endokardialen Kontur einer Herzkammer mit dem Mapping-Katheter bei simultaner Erfassung der elektrischen Signale entsteht eine elektroanatomische dreidimensionale Landkarte, in der die elektrischen Signale farbkodiert wiedergegeben werden.One known 3D electro-anatomical mapping method, as with the Carto system from the company Biosense Webster Inc., USA, is feasible, based on electromagnetic principles. Under the examination table Three different alternating magnetic fields of low intensity are built up. By means of integrated electromagnetic sensors on the catheter tip of the mapping catheter it is possible the changes in tension induced by catheter movements to measure within the magnetic field and using mathematical Algorithms at any time the position of the mapping catheter to calculate. By point-by-point scanning of the endocardial contour a ventricle with the mapping catheter for simultaneous acquisition The electrical signals produced an electroanatomical three-dimensional Map in which the electrical signals are color-coded become.
Die für die Führung des Katheters erforderliche Orientierung des Bedieners erfolgt in der Regel bisher über fluoroskopische Visualisierung. Da die Position des Mapping-Katheters beim elektroanatomischen Mapping jederzeit bekannt ist, kann bei dieser Technik nach Erfassung einer genügend großen Anzahl von Messpunkten die Orientierung auch durch kontinuierliche Darstellung der Katheterspitze in der elektroanatomischen Landkarte erfolgen, so dass in diesem Stadium auf eine fluoroskopische Bildtechnik mit Röntgendurchleuchtung verzichtet werden kann.The for the guide The orientation of the operator required in the catheter takes place in usually so far about fluoroscopic visualization. Because the position of the mapping catheter in the case of electroanatomical mapping is known at any time this technique after detecting a sufficiently large number of measuring points the orientation also by continuous representation of the catheter tip in the electroanatomical map made so that at this stage to dispense with a fluoroscopic imaging technique with fluoroscopy can.
Die bisher nicht optimalen Orientierungsmöglichkeiten des Bedieners bei der Führung des Katheters stellen ein grundsätzliches Problem bei der Durchführung der Katheterablation innerhalb des Herzens dar. Eine genauere Darstellung der morphologischen Umgebung während der Führung des Katheters würde einerseits die Genauigkeit bei der Katheterablation erhöhen und andererseits auch die Zeit für die Durchführung des elektroanatomischen Mapping verkürzen. Weiterhin könnte die in vielen Fällen für das elektroanatomische Mapping noch erforderliche Röntgendurchleuchtung verringert oder vermieden und damit auch die applizierte Röntgensdosis reduziert werden.The previously not optimal orientation options of the operator the leadership of the catheter make a fundamental Problem with the implementation catheter ablation within the heart. A more detailed view the morphological environment during the leadership the catheter would on the one hand increase the accuracy of catheter ablation and on the other hand also the time for the implementation shorten the electroanatomical mapping. Furthermore, the in many cases for the Electroanatomical mapping still reduces required fluoroscopy or avoided and thus the applied X-ray dose can be reduced.
Zur Verbesserung der Orientierung des Bedieners bei der Führung des Katheters sind unterschiedliche Techniken bekannt. Bei einer Technik wird ein spezieller Katheter mit einem Ultraschall-Messkopf eingesetzt, wie er beispielsweise von der Fa. Siemens AG Medical Solutions unter der Bezeichnung Acunav angeboten wird. Über eine zweidimensionale Ultraschallerfas sung der Umgebung sowie eines Teils des Katheters können Teile des zu verödenden Zielgewebes zusammen mit dem Katheter in Echtzeit visualisiert werden. Der Einsatz eines derartigen Katheters liefert allerdings keine dreidimensionale Bildinformation. Die Ultraschalldarstellung kann daher nur eingesetzt werden, um beispielsweise einen so genannten Lasso-Katheter in die Öffnung einer Pulmonalvene einzusetzen. Nach der Positionierung des Lasso-Katheters kann eine Gewebeverödung um die Öffnung der Pulmonalvene unter Visualisierung sowohl des Lasso-Katheters als auch des Ablations-Katheters mittels Röntgenstrahlung durchgeführt werden.to Improvement of the orientation of the operator in the management of the Catheters are known different techniques. In a technique is a special catheter is used with an ultrasound probe, as he for example, from the company Siemens AG Medical Solutions under the name Acunav is offered. About a two-dimensional Ultraschallerfas solution The environment as well as a part of the catheter may contain parts of the target tissue to be sclerosed visualized in real-time with the catheter. The use of a However, such a catheter does not provide three-dimensional image information. The ultrasonic display can therefore only be used to For example, a so-called lasso catheter in the opening of a Insert pulmonary vein. After positioning the lasso catheter can be a tissue obliteration around the opening the pulmonary vein under visualization of both the lasso catheter and the ablation catheter are performed by X-radiation.
Bei einer anderen bekannten Technik wird ein Lasso-Katheter ohne Unterstützung bildgebender 2D-Ultraschalltechnik an der Öffnung der Pulmonalvene platziert, indem ein Kontrastmittel über einen im linken Vorhof im Bereich der Pulmonalvenenöffnung geführten Katheter unter Röntgendurchleuchtung appliziert wird. Das Kontrastmittel verteilt sich dabei, wobei ein kleiner Teil mit dem Blutfluss über die Pulmonalvene austritt. Diese Kurzzeit-Visualisierung der Pulmonalvene ermöglicht die Platzierung des Lasso-Katheters in der Öffnung. Die Katheterablation kann nachfolgend wie bei der vorgenannten Technik durchgeführt werden.at Another known technique is a lasso catheter without support of 2D imaging ultrasound technology at the opening The pulmonary vein is placed by placing a contrast agent over a Catheter guided in the left atrium in the area of the pulmonary vein opening under fluoroscopy is applied. The contrast agent is distributed, with a small part with the blood flow over the pulmonary vein emerges. This short-term visualization of the pulmonary vein allows the placement of the lasso catheter in the opening. The catheter ablation can be carried out subsequently as in the aforementioned technique.
Weiterhin ist eine Technik bekannt, bei der die Öffnung der Pulmonalvene durch elektroanatomisches Mapping des linken Vorhofs und der Pulmonalvenen lokalisiert wird, indem der Mapping-Katheter zunächst in eine Pulmonalvene eingeführt und anschließend zurückgezogen wird, bis elektrische Aktivität des Vorhofs detektiert wird. Diese Position entspricht der Position der Öffnung der Pulmonalvene, um die das Zielgewebe verödet werden soll.Furthermore, a technique is known in which locating the pulmonary vein opening by electroanatomical mapping of the left atrium and the pulmonary veins by first inserting the mapping catheter into a pulmonary vein and then withdrawing it until atrial electrical activity is detected. This position corresponds to the position of the opening of the pulmonary vein around which the target tissue is to be desolate.
Die
nachveröffentlichte
Die
D. Panescu et al., "Electro-Anatomical Four-Dimensional Mapping of Ventricular Tachycardia", in: Engineering in Medicine and Biology Society, 2001 Proceedings of the 23rd Annual EMBS International Conference of the IEEE, Band 1, Seiten 405–407, beschreiben einen Katheter mit einer integrierten bildgebenden Ultraschall-Einheit und somit eine Technik, wie sie bereits in einem vorangehenden Abschnitt angesprochen wurde.D. Panescu et al., "Electro-Anatomical Four-Dimensional Mapping of Ventricular Tachycardia ", in: Engineering in Medicine and Biology Society, 2001 Proceedings of the 23rd Annual EMBS International Conference of the IEEE, Volume 1, pages 405-407, describe a catheter with an integrated ultrasound imaging unit and thus a Technique, as already addressed in a previous section has been.
In E.T. van der Velde et al., "Fusion of Electrophysiology Mapping Data and Angiographic Images to Facilitate Radiofrequency Ablation", in: Computers in Cardiology 2000, 27, Seiten 85–87, wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem aus Bilddaten einer Biplan-Anlage ein 3D-Modell des Herzens generiert und mit elektroanatomischen 3D-Mapping-Daten registriert und überlagert werden soll. Allerdings wird unter Abschnitt 3.3 dieser Veröffentlichung angegeben, dass dieser Vorschlag nicht realisiert werden konnte.In E.T. van der Velde et al., "Fusion of Electrophysiology Mapping Data and Angiographic Images to Facilitate Radiofrequency Ablation ", in: Computers in Cardiology 2000, 27, pages 85-87, a method is proposed from the image data of a biplane plant a 3D model of the heart generated and registered with electroanatomical 3D mapping data and superimposed shall be. However, under section 3.3 of this publication indicated that this proposal could not be realized.
S. Kewitz et al., "A New Method of Cardiac Activation Mapping: an Experimental Study", in: Computers in Cardiology 2000, 27, Seiten 509–512, enthält eine Machbarkeitsstudie zur Kopplung elektroanatomischer Mapping-Daten mit einer 4-dimensionalen CT-Bildaufnahme. Bei diesem Verfahren werden 3D-Mapping-Daten des Herzens aufgenommen und gleichzeitig ein Spiralscan mit einer CT-Anlage unter Einsatz eines retrospektiven EKG-Gatings durchgeführt. Die Position der Elektroden des Elektroden-Arrays des eingesetzten Katheters wird durch Korrelation berechneter Potentiale mit gemessenen Daten identifiziert. Mittels einer zusätzlichen Markierung am Katheter wird zusätzlich die Bestiimung der Orientierung des Katheters ermöglicht. Mit diesem Verfahren lässt sich nach der Registrierung der Daten eine anatomisch genaue Darstellung der Ausbreitung der elektrischen Anregung visualisieren. Eine Registrierung erfolgt bei dieser Druckschrift offensichtlich in erster Linie auf Basis einer Katheter-Markierung.S. Kewitz et al., "A New Method of Cardiac Activation Mapping: an Experimental Study ", in: Computers in Cardiology 2000, 27, pages 509-512, contains a Feasibility study for the coupling of electroanatomical mapping data with a 4-dimensional CT image acquisition. In this process 3D mapping data of the heart are recorded and simultaneously a spiral scan with a CT system using a retrospective ECG gating performed. The position of the electrodes of the electrode array of the inserted Catheter is obtained by correlating calculated potentials with measured data identified. By means of an additional Marking on the catheter will be additional allows the determination of the orientation of the catheter. With this method leaves After registration of the data an anatomically accurate representation Visualize the propagation of electrical stimulation. A registration occurs in this document obviously primarily on Base of a catheter marker.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur visuellen Unterstützung einer elektrophysiologischen Katheteranwendung im Herzen anzugeben, die eine verbesserte Orientierung während der Führung des Katheters bei der Katheteranwendung, insbesondere beim elektroanatomischen Mapping und/oder bei einer Katheterablation ermöglicht.The The object of the present invention is a device for visual support indicate an electrophysiology catheter application in the heart, the improved orientation during the guidance of the catheter in the Catheter application, especially in electroanatomical mapping and / or catheter ablation.
Die Aufgabe wird mit der Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche oder lassen sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.The The object is achieved with the device according to claim 1. advantageous Embodiments of the device are the subject of the dependent claims or can be understood from the following description and the embodiments remove.
Die vorliegende Vorrichtung zur visuellen Unterstützung einer elektrophysiologischen Katheteranwendung im Herzen, insbesondere einer Katheterablation, umfasst eine oder mehrere Eingangsschnittstellen für die elektroanatomischen 3D-Mapping-Daten und die mit einem bildgebenden tomographischen Verfahren erfassten 3D-Bilddaten. Die Vorrichtung weist ein Segmentierungsmodul für die Segmentierung der 3D-Bilddaten auf, um einen 3D-Oberflächenverlauf von Objekten zu extrahieren, die innerhalb des mit den 3D-Bilddaten erfassten Volumens enthalten sind. Mit diesem Segmentierungsmodul ist ein Registrierungsmodul verbunden, das für die lage- und dimensionsrichtige Zuordnung der elektroanatomischen 3D-Mapping-Daten und der den 3D-Oberflächenverlauf bildenden 3D-Bilddaten durch Oberflächenanpassung des 3D-Oberflächenverlaufes aus den 3D-Bilddaten mit einem 3D-Oberflächenverlauf aus den 3D-Mapping-Daten in zumindest einem Stadium der Registrierung ausgebildet ist. Mit diesem Registrierungsmodul ist wiederum ein Visualisierungsmodul verbunden, das die 3D-Mapping-Daten und zumindest die den 3D-Oberflächenverlauf bildenden 3D-Bilddaten lage- und dimensionsrichtig einander überlagert zur Visualisierung mit einem Anzeigegerät, insbesondere einem Monitor oder Projektor, bereitstellt.The present device for visually assisting a cardiac electrophysiology catheter application, particularly a catheter ablation, includes one or more input interfaces for the 3D electroanatomic mapping data and the 3D image data captured by a tomographic tomographic method. The apparatus includes a segmentation module for segmenting the 3D image data to extract a 3D surface history of objects contained within the volume acquired with the 3D image data. A registration module is connected to this segmentation module, which is responsible for the positional and dimensionally correct assignment of the 3D electroanatomical mapping data and the 3D image data forming the 3D surface course by surface adaptation of the 3D surface profile from the 3D image data having a 3D surface profile formed the 3D mapping data in at least one stage of the registration is. This registration module is in turn connected to a visualization module which provides the 3D mapping data and at least the 3D image data forming the 3D surface course superposed in a dimensionally correct and superimposed manner for visualization with a display device, in particular a monitor or projector.
Beim Einsatz der Vorrichtung werden vor der Durchführung der Katheteranwendung zunächst 3D-Bilddaten des zu behandelnden Bereiches mit einem Verfahren der tomographischen 3D-Bildgebung erfasst. Aus den 3D-Bilddaten wird durch Segmentierung ein 3D-Oberflächenverlauf von Objekten, insbesondere einer oder mehrerer Herzkammern oder Gefäße, in dem zu behandelnden Bereich extrahiert. Die den 3D-Oberflächenverlauf bildenden 3D-Bilddaten, im Folgenden als selektierte 3D-Bilddaten bezeichnet, werden den während der Durchführung der Katheteranwendung bereitgestellten elektroanatomischen 3D-Mapping-Daten durch Registrierung lage- und dimensionsrichtig zugeordnet. Zumindest in einem Stadium dieser Registrierung erfolgt die lage- und dimensionsrichtige Zuordnung automatisch durch Oberflächenanpassung, indem der 3D-Oberflächenverlauf aus den 3D-Bilddaten mit einem 3D-Oberflächenverlauf aus den 3D-Mapping-Daten zumindest annähernd in Übereinstimmung gebracht wird. Die 3D-Mapping-Daten und zumindest die selektierten 3D-Bilddaten werden dann, vorzugsweise während der Durchführung der Katheteranwendung, in einer visuellen Darstellung lage- und dimensionsrichtig einander überlagert visualisiert.At the Use of the device is prior to performing the catheter application initially 3D image data the area to be treated with a method of tomographic 3D imaging captured. Out of the 3D image data is by segmentation a 3D surface course objects, in particular one or more heart chambers or Vessels in which extracted area to be treated. The the 3D surface course forming 3D image data, hereinafter referred to as selected 3D image data referred to, during the the implementation The catheter application provides 3D electro-anatomical mapping data Registered by registration and dimensionally correct. At least at a stage of this registration, the positional and dimensional correctness takes place Allocation automatically by surface fitting, by the 3D surface course from the 3D image data with a 3D surface history from the 3D mapping data at least nearly in accordance is brought. The 3D mapping data and at least the selected ones Become 3D image data then, preferably during the implementation the catheter application, in a visual representation positional and dimensionally correct superimposed on each other visualized.
Durch diese Überlagerung des 3D-Oberflächenverlaufs, durch den die Morphologie des zu behandelnden bzw. des behandelten Bereiches sehr gut wiedergeben wird, mit den während der Durchführung der Katheteranwendung erfassten elektroanatomischen 3D-Mapping-Daten werden dem Bediener des Katheters bei der Durchführung der Katheteranwendung eine bessere Orientierung sowie genauere Details vermittelt als dies bei den bisher bekannten Verfahren zur visuellen Unterstützung der Fall ist. Die überlagerte Bilddarstellung kann beispielsweise an einem Monitor im Kontrollraum oder im Arbeitsraum selbst erfolgen. Auf dem Monitor erkennt der Bediener dann während der Durchführung der Katheteranwendung das anatomische Gewebe und dessen elektrophysiologische Eigenschaften innerhalb einer Darstellung in Echtzeit. Dies ermöglicht eine sichere und genaue Arbeitsweise. Durch die Oberflächenanpassung zur Registrierung wird nach Vorliegen einer ausreichend großen Anzahl von Mapping-Punkten eine hohe Genauigkeit der Zuordnung und somit eine hohe Zuverlässigkeit bei der Überlagerung erreicht.By this overlay the 3D surface history, by the morphology of the treated or treated Area will play very well with the while performing the Catheter application recorded electroanatomical 3D mapping data be the operator of the catheter in the implementation of the catheter application better orientation and more details than this in the previously known methods for visual support of Case is. The superimposed For example, image display may be on a monitor in the control room or in the workroom itself. The operator recognizes on the monitor then while the implementation the catheter application the anatomical tissue and its electrophysiological Properties within a representation in real time. This allows a safe and accurate way of working. Due to the surface adaptation Registration will take place after a sufficiently large number of mapping points a high accuracy of the mapping and thus a high reliability in the overlay reached.
Für die Erfassung der 3D-Bilddaten können beispielsweise Verfahren der Röntgen-Computer-Tomographie, der Magnetresonanz-Tomographie oder der 3D-Ultraschall-Bildgebung eingesetzt werden. Auch Kombinationen dieser Bildgebungsverfahren sind selbstverständlich möglich. Es muss lediglich darauf geachtet werden, dass die 3D-Bildaufnahmen bei der gleichen Herzphase erfolgen wie die bereitgestellten elektroanatomischen 3D-Mapping-Daten, um jeweils den gleichen Zustand des Herzens zu erfassen. Dies kann mit der bekannten Technik des EKG-Gating bei der Erfassung der Bilddaten sowie der elektroanatomischen Mapping-Daten gewährleistet werden.For the capture For example, the 3D image data may be Method of X-ray computer tomography, Magnetic resonance tomography or 3D ultrasound imaging. Also combinations Of course, these imaging methods are possible. It just has to be on it Pay attention that the 3D images are taken at the same heart phase like the provided 3D electro-anatomical mapping data, each to capture the same state of the heart. This can with the well-known technique of ECG gating in the acquisition of image data and electroanatomical mapping data.
Für die Segmentierung der erfassten 3D-Bilddaten lassen sich unterschiedliche Techniken einsetzen. So kann der dreidimensionale Oberflächenverlauf der in den 3D-Bilddaten enthaltenen Objekte, insbesondere der Gefäße und/oder einer oder mehrerer Herzkammern, beispielsweise durch Segmentierung aller mit dem bildgebenden Verfahren erhaltenen 2D-Schichten erfol gen. Neben dieser schichtweisen Segmentierung ist auch eine 3D-Segmentierung eines oder mehrerer Kammern und/oder Gefäße möglich. Geeignete Segmentierungstechniken sind dem Fachmann aus dem Gebiet der Bildverarbeitung medizinischer Bilddaten bekannt.For the segmentation The captured 3D image data can be used different techniques. Thus, the three-dimensional surface history of the in the 3D image data contained objects, in particular the vessels and / or one or more Heart chambers, for example, by segmenting all with the imaging Process obtained 2D layers suc conditions. In addition to these layers Segmentation is also a 3D segmentation of one or more Chambers and / or vessels possible. suitable Segmentation techniques are those skilled in the field of image processing medical image data known.
Für die Registrierung kann neben dem zu behandelnden Bereich auch ein Nachbarbereich herangezogen werden, soweit dieser in den vorhandenen Daten enthalten ist. Weiterhin ist es möglich, den Schwerpunkt bei der Durchführung der Registrierung auf Daten in der Umgebung des zu verödenden Gewebes, im Folgenden auch als Zielgewebe bezeichnet, oder der Katheterspitze zu legen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung erfolgt die Registrierung in einem ersten Stadium, in dem nur ein kleinerer Teil der elektroanatomischen 3D-Mapping-Daten vorliegt, mit Hilfe von künstlichen Markern oder von markanten Punkten und in einem oder mehreren nachfolgenden Stadien, in denen bereits eine größere Anzahl elektroanatomischer 3D-Mapping-Daten vorliegt, durch die Oberflächenanpassung. Auf diese Weise wird die Registrierung während der Katheteranwendung mit zunehmender Anzahl elektroanatomischer 3D-Mapping-Daten verbessert.For the registration In addition to the area to be treated, a neighboring area can also be used as far as this is included in the existing data. Farther Is it possible, the focus in the implementation registration to data in the vicinity of the tissue to be sclerosed, hereinafter also referred to as the target tissue, or the catheter tip to lay. In an advantageous embodiment of the device takes place the registration at a first stage in which only a minor Part of the 3D electro-anatomical mapping data is available with help of artificial Markers or of prominent points and in one or more subsequent ones Stages, in which already a larger number electro-atomic 3D mapping data is present through the surface fitting. In this way will the registration during the catheter application with increasing number of electroanatomical Improved 3D mapping data.
Bei der Überlagerung der 3D-Bilddaten mit den elektroanatomischen 3D-Mapping-Daten kann die Darstellung der 3D-Bilddaten mittels einer Volume-Rendering-Technik erfolgen. In einer weiteren Ausgestaltung wird der 3D-Oberflächenverlauf durch ein Polygonnetz dargestellt, wie dies aus dem Bereich der Computergraphik bekannt ist. Die Überlagerung kann mit einstellbarer Transparenz und einstellbarem Blendingfaktor erfolgen. Auch eine endoskopische Perspektive kann berechnet und dargestellt werden. Da die elektroanatomischen 3D-Mapping-Daten auch die jeweilige momentane Position der Katheterspitze enthalten, kann zeitweise auch lediglich die Position des Katheters in Echtzeit in der Darstellung der 3D-Bilddaten visualisiert werden, ohne die übrigen 3D-Mapping-Daten darzustellen. Weiterhin lässt sich aufgrund der Registrierung zwischen den 3D-Mapping-Daten und den 3D-Bilddaten die Entfernung des Katheters zu beliebigen Bildpunkten der 3D-Bilddaten berechnen. Dies ermöglicht eine vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung, bei der die Katheterspitze in der Visualisierung farbig dargestellt wird, wobei sich die Farbe in Abhängigkeit von der Entfernung zu vorgebbaren Bildpunkten, insbesondere der Position des Zielgewebes, verändert.When superimposing the 3D image data with the 3D electro-magnetic mapping data, the 3D image data can be displayed using a volume rendering technique. In another embodiment, the 3D surface course is represented by a polygon mesh, as is known from the field of computer graphics. The overlay can be done with adjustable transparency and adjustable blending factor. An endoscopic perspective can also be calculated and displayed. Since the electroanatomical 3D mapping data also the respective current position contain the catheter tip, at times only the position of the catheter in real time in the representation of the 3D image data can be visualized without representing the remaining 3D mapping data. Furthermore, due to the registration between the 3D mapping data and the 3D image data, the distance of the catheter to any pixels of the 3D image data can be calculated. This allows an advantageous embodiment of the present device, in which the catheter tip is shown in color in the visualization, wherein the color changes depending on the distance to predeterminable pixels, in particular the position of the target tissue.
Die einzelnen Module der Vorrichtung sind in unterschiedlichen Ausgestaltungen entsprechend zur Durchführung der nachfolgend aufgezeigten Verfahrensvarianten ausgebildet.The individual modules of the device are in different configurations according to the implementation formed the method variants shown below.
Die vorliegende Vorrichtung sowie das Verfahren, nach dem die Vorrichtung arbeitet, werden nachfolgend in Verbindung mit der Figur nochmals näher erläutert. Die Figur zeigt hierzu die einzelnen Schritte beim Einsatz sowie die einzelnen Module der Vorrichtung.The present device and the method according to which the device will be explained in more detail below in connection with the figure. The FIG. 1 shows the individual steps during use as well as the individual modules of the device.
In
einem ersten Schritt
Beim Einsatz der Vorrichtung ist es wichtig, hochauflösende Bilddaten der Herzkammer zu erfassen, die während der Katheteranwendung elektroanatomisch vermessen wird. Vorzugsweise wird daher für die Erfassung der 3D-Bilddaten ein Kontrastmittel in Verbindung mit einem Testbolus oder Bolustracking eingesetzt.At the Using the device, it is important to obtain high-resolution image data of the ventricle to capture that during the catheter application is measured electroanatomically. Preferably therefore for the capture of the 3D image data a contrast agent in conjunction used with a test bolus or bolus tracking.
Im
zweiten Schritt erfolgt die Segmentierung
Die
Segmentierung erfolgt im Segmentierungsmodul
Elektrophysiologische Verfahren werden in der Regel nur in einer der Herzkammern durchgeführt. Unter den Herzkammern werden im Folgenden sowohl die Ventrikel als auch die Vorhöfe verstanden. Zusätzlich zu dieser zu behandelnden Kammer ist es auch möglich, weitere Kammern oder Gefäße elektroanatomisch zu vermessen, beispielsweise den rechten Vorhof und die Vena Cava für eine Katheterablation an der Pulmonalvene im linken Vorhof. In diesem Falle umfassen die elektroanatomischen 3D-Mapping-Daten eine oder mehrere Herzkammern und/oder Herzgefäße.Electrophysiological Procedures are usually performed only in one of the heart chambers. Under The ventricles are referred to below as the ventricles as well the atria Understood. additionally to this chamber to be treated, it is also possible to further chambers or Vessels electro-anatomical to measure, for example, the right atrium and the vena cava for one Catheter ablation on the pulmonary vein in the left atrium. In this Trap, the 3D electro-anatomical mapping data include one or multiple heart chambers and / or cardiac vessels.
Die Segmentierung der 3D-Bilddaten kann in gleicher Weise auf eine oder mehrere Herzkammern und/oder Herzgefäße, wie beispielsweise die Vena Cava oder die Pulmonalvenen, angewendet werden, um sämtliche Oberflächen zu erhalten, die durch die elektroanatomischen 3D-Mapping-Daten repräsentiert werden. Für eine Registrierung durch Oberflächenanpassung ist es al lerdings nicht erforderlich, die gesamte Oberfläche bspw. der zu behandelnden Herzkammer zu segmentieren. Hierfür reicht es vielmehr aus, eine Repräsentation der Oberfläche eines interessierenden Bereiches der Kammer, beispielsweise den linken Vorhof, oder von interessierenden Bereichen von Herzgefäßen, beispielsweise der Pulmonalvenen, durch einige Oberflächenpunkte zu erhalten, mit denen die Oberflächenanpassung für die Registrierung durchgeführt werden kann. Auf der anderen Seite kann es jedoch von Vorteil sein, einen größeren Bereich, insbesondere weitere Herzkammern oder Gefäße für die Registrierung einzubeziehen.The Segmentation of the 3D image data can be applied to one or the same way several heart chambers and / or cardiac vessels, such as the Vena cava or the pulmonary veins, applied to all surfaces obtained by the 3D electro-anatomical mapping data represents become. For a registration by surface adaptation However, it is al lerdings not required, the entire surface, for example. segment the ventricle to be treated. For this is enough it rather, a representation the surface a region of interest of the chamber, for example the left atrium, or areas of interest of cardiovascular, for example of the pulmonary veins, obtained by some surface points, with which the surface adaptation for the registration carried out can be. On the other hand, it can be beneficial a larger area, in particular, to include more heart chambers or vessels for registration.
Die Segmentierung der zu behandelnden Herzkammer – oder weiterer Kammern oder Herzgefäße – kann in Form einer 2D-Segmentierung in einzelnen Schichten erfolgen. Eine Möglichkeit besteht darin, eine vollautomatische Segmentierung aller durch das bildgebende Verfahren erhaltenen Schichten der Herzkammer durchzuführen. Alternativ hierzu können auch ein oder mehrere der Schichten interaktiv durch einen Bediener und die jeweils darauf folgenden Schichten automatisch auf Basis der Vorkenntnis der bereits segmentierten Schichten segmentiert werden. Die interaktive Segmentierung einzelner Schichten kann auch durch halbautomatische Techniken, wie beispielsweise die Technik der aktiven Konturen, unterstützt werden. Nach der Segmentierung aller Einzelschichten kann dann der 3D-Oberflächenverlauf der Herzkammer rekonstruiert werden.The segmentation of the ventricle to be treated - or other chambers or cardiac vessels - can take place in the form of a 2D segmentation in individual layers. One possibility is to carry out a fully automatic segmentation of all the ventricle layers obtained by the imaging method. Alternatively to this Also, one or more of the layers may be segmented interactively by an operator and the respective subsequent layers automatically based on the prior knowledge of the already segmented layers. The interactive segmentation of individual layers can also be supported by semi-automatic techniques, such as the technique of active contours. After the segmentation of all individual layers, the 3D surface progression of the heart chamber can then be reconstructed.
Die Segmentierung kann auch als 3D-Segmentierung der zu behandelnden Herzkammer – oder weiterer Kammern oder Herzgefäße – mittels bekannter 3D-Segmentierungstechniken erfolgen. Beispiele für derartige 3D-Segmentierungstechniken sind die Schwellenwerttechnik oder die Technik des Region-Growing. Falls diese vollautomatischen 3D-Segmentierungs-Algorithmen in einzelnen Fällen nicht zuverlässig arbeiten, so kann eine interaktive Eingabemöglichkeit für einen Bediener bereitgestellt werden, um beispielsweise Grauwert-Schwellenwerte oder räumliche Blocker vorgeben zu können.The Segmentation can also be called 3D segmentation of the treatment Ventricle - or other chambers or cardiac vessels - by means of known 3D segmentation techniques are done. Examples of such 3D segmentation techniques are the threshold technique or the technique of Region Growing. If these fully automatic 3D segmentation algorithms in single Not cases reliable work, an interactive input facility can be provided for an operator, for example, to specify gray value thresholds or spatial blockers can.
Der
aus der Segmentierung erhaltene 3D-Oberflächenverlauf der Objekte wird
dem Registrierungsmodul
Hierbei ist es auch möglich, vor der Durchführung der Katheterablation komplette anatomische Oberflächen anderer Kammern und Gefäße elektroanatomisch zu erfassen und zu rekonstruieren, beispielsweise des rechten Vorhofs mit der Vena Cava im Falle einer Katheterablation an der Öffnung der Pulmonalvene. Diese elektroanatomischen 3D-Mapping-Daten werden dann bereits vor der Durchführung der Katheterablation bereitgestellt und können zur späteren Registrierung beitragen.in this connection it is also possible before the implementation the catheter ablation complete anatomical surfaces of others Chambers and vessels electro-anatomical to capture and reconstruct, for example, the right atrium with the vena cava in case of catheter ablation at the opening of the pulmonary vein. These electroanatomical 3D mapping data will then already be available the implementation catheter ablation and may contribute to later registration.
Beim
Registrierungsschritt
Die Registrierung der 3D-Bilddaten und der 3D-Mapping-Daten wird durch automatische Anpassung der auf Basis dieser Daten dargestellten Oberflächen durchgeführt. Nach der Segmentierung der zu behandelnden Herzkammer kann eine automatische Anpassung der extrahierten 3D-Oberflächenkontur der Herzkammer an die durch die 3D-Mapping-Daten erhaltene Oberflächenkontur der Herzkammer erfolgen. Bei Abweichungen in der Form der aus den 3D-Bilddaten und den 3D-Mapping-Daten erhaltenen Oberflächenkonturen können deformierende Anpassungsalgorithmen auf die Oberflächenkontur aus den 3D-Bilddaten oder auf die Oberflächenkontur aus den 3D-Mapping-Daten angewendet werden, um die gegenseitige Anpassung zu verbessern.The Registration of the 3D image data and the 3D mapping data is performed automatic adjustment of the data presented on the basis of this data surfaces carried out. After segmentation of the ventricle to be treated, a Automatic adaptation of the extracted 3D surface contour the heart chamber to the surface contour obtained by the 3D mapping data the ventricle of the heart. In case of deviations in the shape of the 3D image data and the 3D mapping data obtained surface contours can deforming adaptation algorithms on the surface contour from the 3D image data or to the surface contour from the 3D mapping data be applied to improve mutual adaptation.
Die Oberflächenanpassung kann beispielsweise durch Minimierung von Punktabständen zwischen Oberflächenpunkten der Mapping-Daten und Oberflächenpunkten der aus den 3D-Bilddaten extrahierten 3D-Oberflächenkontur erfolgen (Punkt-zu-Punkt-Anpassung). Alternativ kann die Anpassung auch durch Minimierung von Punktabständen zwischen Oberflächenpunkten der Mapping-Daten und interpolierten Oberflächenpunkten der 3D-Bilddaten durchgeführt werden (Punkt-zu-Oberfläche-Anpassung).The surface fitting can for example by minimizing point intervals between surface points the mapping data and surface points the 3D surface contour extracted from the 3D image data (point-to-point adaptation). alternative The adjustment can also be done by minimizing point spacing between surface points the mapping data and interpolated surface points of the 3D image data carried out become (point-to-surface adjustment).
Für die Durchführung der Oberflächenanpassung ist eine gute Oberflächenrepräsentation der zu behandelnden Herzkammer durch die 3D-Mapping-Daten erforderlich. Da diese Daten in der Regel jedoch über eine längere Zeitdauer gesammelt werden, d.h. zu Beginn der Katheterablation nur wenige elektroanatomische 3D-Mapping-Daten zur Verfügung stehen, wird vorzugsweise ein mehrstufiger Prozess der Registrierung durchgeführt. Hierbei erfolgt in einer anfänglichen ersten Stufe eine Registrierung durch Marker. Die Genauigkeit der Registrie rung wird dann im Verlauf des Verfahrens durch Oberflächenanpassung in einem zweiten Schritt verbessert. Selbstverständlich lassen sich auch mit zunehmender Anzahl von Mapping-Punkten weitere Schritte der Oberflächenanpassung vornehmen, durch die gegebenenfalls eine weitere Erhöhung der Genauigkeit ermöglicht wird. Diese mehrstufige Registrierung ist von Vorteil, da die Registrierung durch Oberflächenanpassung bei entsprechend guter Oberflächenrepräsentation genauer ist als die Registrierung mittels anatomischer markanter Punkte oder künstlicher Marker, eine gute Oberflächenrepräsentation durch die Mapping-Daten jedoch erst in einem späteren Verlauf des Verfahrens erhalten wird.To perform the surface adaptation, a good surface representation of the heart chamber to be treated by the 3D mapping data is required. However, since these data are generally collected over a longer period of time, ie, when there are only a few electroanatomical 3D mapping data available at the beginning of the catheter ablation, a multi-stage registration process is preferably performed. Here, in an initial first stage, a registration by markers takes place. The accuracy of the registration will then go through in the course of the procedure Surface adaptation improved in a second step. Of course, as the number of mapping points increases, further surface adjustment steps can be made, possibly allowing further increase in accuracy. This multilevel registration is advantageous because the registration by surface adaptation with a correspondingly good surface representation is more accurate than the registration by means of anatomically prominent points or artificial markers, but a good surface representation by the mapping data is not obtained until later in the process.
Zusätzlich kann auch eine Registrierung zwischen der Position des Mapping-Katheters und den 3D-Bilddaten über derartige Marker oder markante Punkte erfolgen. Durch diese Registrierung wird die Visualisierung der Position des Mapping-Katheters innerhalb der 3D-Bilddaten ermöglicht.In addition, can also a registration between the position of the mapping catheter and the 3D image data via Such markers or prominent points occur. Through this registration will visualize the position of the mapping catheter within the 3D image data allows.
In der anfänglichen ersten Stufe kann auch eine Kombination aus einer Registrierung mittels Markern und einer Registrierung mittels Oberflächenanpassung erfolgen. So kann beispielsweise eine Registrierung des linken Vorhofs durch Oberflächenanpassung einer Gefäßoberfläche z.B. der Pulmonalarterie, und zusätzlich anhand markanter anatomischer Punkte des rechten Vorhofs, z.B. des Koronarsinus oder der Öffnung der Vena Cava Inferior oder der Vena Cava Superior, erfolgen.In the initial one First level can also be a combination of a registration using markers and a registration by means of surface adaptation respectively. For example, registration of the left atrium by surface adaptation a vessel surface e.g. the pulmonary artery, and in addition from prominent anatomical points of the right atrium, e.g. of Coronary sinus or the opening the Vena Cava Inferior or the Vena Cava Superior.
Eine weitere Möglichkeit zur Registrierung mittels Oberflächenanpassung besteht darin, nicht die Oberfläche der zu behandelnden Kammer für die Anpassung heranzuziehen, sondern die Oberfläche einer anderen Kammer, die bereits vor Beginn der Katheteranwendung elektroanatomisch vermessen wurde. Dies kann beispielsweise der rechte Vorhof sein, der vor einer Pulmonalvenenisolation (PVI) des linken Vorhofs vermessen wurde. Die Vermessung sollte hierbei selbstverständlich mit einer genügenden Anzahl von Oberflächenpunkten erfolgen. Die resultierenden Anpassungsparameter für diese Kammer können dann auf die während der Katheterablation erhaltenen Daten angewendet werden.A another possibility for registration by means of surface adaptation It is not the surface the chamber to be treated for to use the adaptation but the surface of another chamber, the was already electroanatomically measured before the catheter application. This can be, for example, the right atrium, which precedes pulmonary vein isolation (PVI) of the left atrium was measured. The survey should be of course with a sufficient Number of surface points respectively. The resulting fitting parameters for these Chamber can then on the while the catheter ablation data obtained.
Bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen wurde die Oberflächenanpassung als Punkt-zu-Punkt- oder Punkt-zu-Oberfläche-Anpassung realisiert. Da das Verfahren der Katheterablation an bestimmten kleineren Bereichen der zu behandelnden Kammer durchgeführt wird, liefert eine Oberflächenanpassung in diesen interessierenden Bereichen aufgrund der höheren Dichte von Mappingpunkten präzisere Ergebnisse als in anderen Bereichen der zu behandelnden Kammer. Durch eine höhere Gewichtung von Oberflächenpunkten, die innerhalb des interessierenden Bereiches liegen, beispielsweise um die Pulmonalvenen im Falle einer PVI, wird eine bessere räumliche Anpassung in diesem Bereich erreicht als in anderen Bereichen der Herzkammer. Der interessierende Bereich kann beispielsweise durch eine entsprechende Eingabe des Bedieners an einer grafischen Benutzerschnittstelle festgelegt werden.at the preceding embodiments became the surface adaptation realized as a point-to-point or point-to-surface adaptation. There the procedure of catheter ablation on certain smaller areas the chamber to be treated is performed, provides a surface adaptation in these areas of interest because of the higher density Mapping points more precise Results than in other areas of the chamber to be treated. By a higher Weighting of surface points, which are within the range of interest, for example To the pulmonary veins in the case of a PVI, will be a better spatial Adaptation achieved in this area than in other areas of the ventricle. The area of interest, for example, by an appropriate Input of the operator defined on a graphical user interface become.
Neben diesem anatomischen interessierenden Bereich können auch Oberflächenpunkte in der unmittelbaren Umgebung des sich bewegenden Katheters bzw. seiner bekannten Position, herangezogen werden, um eine lokale Oberflächenanpassung vorzunehmen. Die höhere Gewichtung dieser Punkte resultiert in einer besseren lokalen Anpassung um die Katheterspitze als in anderen Bereichen der zu behandelnden Kammer. Dieses Verfahren erfordert jedoch eine Registrierung in Echtzeit während der Katheteranwendung, um die Oberflächenanpassung während der Bewegung des Katheters kontinuierlich aktualisieren zu können.Next This anatomical region of interest can also be surface points in the immediate vicinity of the moving catheter or its known position, be used to make a local surface adaptation. The higher one Weighting these points results in better local adaptation around the catheter tip than in other areas of the treated Chamber. However, this procedure requires registration in Real time while The catheter application to the surface adaptation during the To be able to continuously update the movement of the catheter.
Nach
der Registrierung zwischen den 3D-Mapping-Daten und den 3D-Bilddaten
wird in Schritt
Für die überlagerte
Visualisierung, die beispielsweise an einem Monitor
In einer weiteren Ausgestaltung kann die aus den 3D-Bilddaten extrahierte Oberfläche auch als oberflächenschattierte Darstellung oder nach einer Triangulation als Polygonnetz visualisiert werden. Das Polygonnetz wird zusammen mit den 3D-Mapping-Daten dargestellt, um die durch das Polygonnetz repräsentierte Anatomie und die durch die 3D-Mapping-Daten repräsentierte Elektrophysiologie gleichzeitig zu visualisieren. Auch in diesem Fall ist es möglich, zeitweise lediglich die Position und Orientierung des Mapping-Katheters zusammen mit dem die Oberfläche repräsentierenden Polygonnetz darzustellen.In a further embodiment, the surface extracted from the 3D image data can also be visualized as a surface-shaded representation or as a polygon mesh after a triangulation. The mesh is displayed along with the 3D mapping data to simultaneously visualize the anatomy represented by the mesh and the electrophysiology represented by the 3D mapping data. Also in this case, it is possible to temporarily display only the position and orientation of the mapping catheter together with the polygon mesh representing the surface.
In einer weiteren Ausgestaltung lässt sich aus den erfassten Daten auch eine endoskopische Perspektive berechnen und durch Überlagerung der anatomischen 3D-Bilddaten und elektrophysio logischen 3D-Mapping-Daten visualisieren. Durch diese endoskopische Perspektive, aus dem Blickwinkel der Spitze des Katheters, kann der Katheter durch den Bediener ebenfalls an die entsprechenden anatomischen oder elektrophysiologischen Positionen, beispielsweise die Öffnung der Pulmonalvene, geführt werden.In a further embodiment leaves from the collected data also an endoscopic perspective calculate and by overlay anatomical 3D image data and electrophysiological 3D mapping data visualize. Through this endoscopic perspective, from the perspective the tip of the catheter, the catheter can also be used by the operator to the appropriate anatomical or electrophysiological positions, for example, the opening the pulmonary vein.
Weiterhin lassen sich die erfassten Daten auch einsetzen, um den Abstand der Katheterspitze zu vorbestimmbaren Bereichen zu visualisieren. Da bei der Registrierung zwischen den 3D-Mapping-Daten und den 3D-Bilddaten oder bei der Registrierung zwischen der Position des Mapping-Katheters und den 3D-Bilddaten eine räumliche Beziehung zwischen dem Mapping-Katheter und den 3D-Bilddaten erhalten wird, kann jederzeit der Abstand der Spitze des Katheters zu vorgebbaren Bildpunkten des 3D-Bildes berechnet werden. Durch diese Registrierung ist es möglich, den Mapping-Katheter innerhalb der Darstellung der 3D-Bilddaten – auch ohne die Anzeige der elektrophysiologischen Daten – anzuzeigen und gleichzeitig den genannten Abstand anzugeben. So kann beispielsweise der Abstand der Katheterspitze zum Zielgewebe in der Darstellung in Echtzeit visualisiert werden. Die Visualisierung kann beispielsweise durch farbliche Darstellung des Katheters mit einer Farbkodierung des Abstandes erfolgen. Diese Möglichkeit der Katheterdarstellung kann für die Planung und Kontrolle von Ablationsprozessen eingesetzt werden. Weiterhin ist es aufgrund der Registrierung zwischen dem Mapping-Katheter und den 3D-Bilddaten auch möglich, die Position von verödeten Stellen zusammen mit den Bilddaten abzuspeichern. Die abgespeicherten Positionen können für Dokumentationszwecke sowie für die Planung und Kontrolle von nachfolgenden Ablationsprozessen verwendet werden.Farther The collected data can also be used to determine the distance of the To visualize catheter tip to predeterminable areas. There at the registration between the 3D mapping data and the 3D image data or when registering between the position of the mapping catheter and the 3D image data a spatial Relationship between the mapping catheter and the 3D image data obtained The distance of the tip of the catheter can be specified at any time Pixels of the 3D image are calculated. Through this registration Is it possible, the mapping catheter within the representation of the 3D image data - even without the display of electrophysiological data - display and simultaneously specify the distance mentioned. For example, the distance the catheter tip to the target tissue in real-time representation be visualized. The visualization can be done by, for example Color illustration of the catheter with a color coding of the Distance done. This possibility The catheter presentation may be for the Planning and control of ablation processes are used. Furthermore, it is due to registration between the mapping catheter and the 3D image data also possible the position of deserted Save places together with the image data. The stored Positions can for documentation purposes also for used the planning and control of subsequent ablation processes become.
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